近日，中国科学院合肥物质院核能安全所科研人员在聚变中子辐照钛酸锂（Li₂TiO₃）增殖剂的氚释放行为研究中取得系列进展，相关研究成果发表在国际核科学技术领域知名学术期刊Nuclear Materials and Energy和International Journal of Hydrogen Energy上。

固态增殖剂的氚增殖和释放行为对聚变反应堆固态包层的参数设计至关重要。目前对增殖剂辐照研究大多使用裂变中子、离子源和γ源等，14 MeV聚变中子辐照的研究数据相对较少。基于上述原因，科研人员拟利用强流氘氚聚变中子源对Li₂TiO₃开展辐照产氚实验，以探索高能中子对固态增殖剂产氚与释氚性能的影响机制。

为了开展该实验，科研人员研发了配套的氚释放系统，用于聚变中子辐照后增殖剂氚释放和测量。该系统基于鼓泡器的氚捕集系统和自动替换技术，并配有高效催化氧化剂，氚捕集效率接近100%。氚释放系统可最大限度地减少氚损失，监测氚化水（HTO）和氚气（HT）的释放行为，可提供不同实验温度、载气湿度和加热速率等条件下对固态增殖剂释氚行为的监测。

实验结果表明，在14 MeV聚变中子辐照下，首次发现室温下Li₂TiO₃释放出一定量的HTO和HT，说明室温下Li₂TiO₃存在缺陷自愈合行为。随着释氚系统温度的升高，Li₂TiO₃存在一个氚释放峰，且氚主要以氚化水的形式存在。此外载气水蒸气含量、不同氚测量方法和加热速率对氚释放行为有较大影响。此研究结果将促进聚变堆固态增殖包层的优化设计。

上述研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院国际合作计划项目、中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目等支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nme.2024.101653

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.256

图1. 14MeV聚变中子辐照固态增殖剂实验布局

图2. 氚释放系统布局

图3. Li₂TiO₃增殖剂中氚随温度变化的释放曲线